DE2918515A1 - METHOD AND DEVICE WITH CATALYTIC COMBUSTION OF FUEL - Google Patents
METHOD AND DEVICE WITH CATALYTIC COMBUSTION OF FUELInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Maschinen, die nach dem Eankine-Kreisporzeß arbeiten, und auf verbesserte Methoden des Betriebs, wobei die katalytisch^ Oxidation eines größeren Teils des Kraftstoffes in einem Heizkesselteil der Maschine stattfindet.The invention relates to machines that after Eankine cycle work, and on improved methods of operation, with the catalytic ^ oxidation of a larger one Part of the fuel in a boiler part of the machine takes place.
Der Carnot1sehe Kreisprozeß ergibt die wirksamste Wärmemaschine, die für nassen Dampf aus vier Stufen besteht. Die Wärme wird der ArbeitsfLässigkeit bei konstanter Temperatur und konstantem Druck zugeführt mit nachfolgender isentropischer Ausdehnung des Dampfes. In der dritten Stufe wird die Wärme isothermisch zurückgeführt und schließlich wird die Flüssigkeit isentropisch komprimiert. Dieser theoretische Kreisprozeß kann in der Praxis nicht befolgt werden und der abgewandelte Kreisprozeß wird der Rankine-Kreisprozeß genannt, der weniger wirkungsvoll ist. Die Grundausrüstung für diesen Maschinentyp umfaßt einen Heizkessel, einen Expander (Mittel, damit sich die Arbeitsflüssigkeit ausdehnen kann), einen Kondensator und eine Speisepumpe.The Carnot 1 see cycle results in the most effective heat engine, which consists of four stages for wet steam. The heat is fed to the working fluid at constant temperature and constant pressure with subsequent isentropic expansion of the steam. In the third stage, the heat is returned isothermally and finally the liquid is isentropically compressed. This theoretical cycle cannot be followed in practice and the modified cycle is called the Rankine cycle, which is less effective. The basic equipment for this type of machine includes a boiler, an expander (means to allow the working fluid to expand), a condenser and a feed pump.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maschine aufzuzeigen, die nach dem Rankine-Kreisprozeß arbeitet, inThe object of the present invention is to provide a machine to show, which works according to the Rankine cycle, in
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der das Heizkesselaggregat einen katalytischen Brenner einschließt, so daß die Maschine unter Bedingungen verwendet werden kann, wo es Grenzwerte für Lärm, Verschmutzung, ausgestoßene Gase und entflammbare Substanzen gibt.which includes the boiler set includes a catalytic burner so that the machine can be used under conditions where there are limit values for noise, pollution, emitted gases and flammable substances.
Gemäß einem Apsekt der vorliegenden Erfindung schließt der Heizkessel einer Maschine, die nach dem Rankine-Kreisprozeß arbeitet, einen katalytischen Brenner ein, der einen temperaturstabilen und oxxdatxonsresxstenten Monolithen hat, der eine Vielzahl von Durchflußwegen und Kanälen enthält, die einen Katalysator bilden oder tragen für die katalytische Verbrennung eines brennbaren Gases und eingespritzten Kraftstoffes. According to one aspect of the present invention, the boiler closes a machine operating on the Rankine cycle works, a catalytic burner, which has a temperature-stable and oxxdatxonsresxstenten monolith, the contains a plurality of flow paths and channels that form or support a catalyst for the catalytic Combustion of a combustible gas and injected fuel.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die Kesseleinheit der Rankine-KreisprozeßmaschineAccording to another aspect of the present invention contains the boiler unit of the Rankine cycle machine
(a) ein Gebläse für die Luftversorgung eines Brenners,(a) a fan for supplying air to a burner,
(b) eine Zündflamme, die durch eine Einspritzdüse mit Brennstoff versorgt wird,(b) a pilot flame supplied with fuel by an injection nozzle,
(c) mindestens eine Einspritzdüse, die den verbleibenden Brennstoff in den gasförmigen Strom einspritzt;(c) at least one injector that injects the remaining fuel into the gaseous stream;
(d) einen katalytisch wirkenden Brennerteil, der einen temperaturstabilen oxidatxonsbeständigen Monolithen enthält, der mit katalytisch wirkenden Kanälen ver-(d) a catalytically active burner part, which is a temperature-stable, oxidatxons-resistant monolith contains, which is provided with catalytically active channels
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sehen ist, die dem Durchlaß und dem Kontakt mit den Gasen dienen, die bei Stufe (c) mit eingespritztem Brennstoff kombiniert werden, so daß die katalytische Verbrennung des unverbrannten Brennstoffes stattfinden kann, in der jedoch eine Druckerniedrigung von 10% oder weniger stattfindet, undsee is the passage and contact with serve the gases that are combined with injected fuel in step (c) so that the catalytic combustion of unburned fuel can take place, but in which a pressure decrease of 10% or less takes place, and
(e) Mittel zum Transport der Wärme vom Strom der heißen, gasförmigen Flüssigkeit zur Arbeitsflüssigkeit der Rankine-Kreisprozeßmaschine.(e) Means for transporting the heat from the flow of the hot gaseous liquid to the working liquid of the Rankine cycle machine.
In Teil (a) liegt die Lufttemperatur zwischen 0° C und 600° C und der Druck in einem Bereich von 1 bar bis 20 bar. Im folgenden Teil, Teil (b), verbrennt die Zündflamme Brennstoff bis zu ca. 5 Gew.% des gesamten Brennstoffverbrauchs der Maschine. Das Verhältnis des von der Zündflamme nutzbar gemachten Brennstoffes während des normalen Betriebes kann von 0,16 Gew.% bis 66 2/3 Gew.% reichen. Die Brennstoffeinspritzung für die Zündflamme (b) kann die Brennstoffmenge steuern und ist in erster Linie so eingestellt, daß sie eine Temperatur im besonders bevorzugten Bereich im Verbrennungsteil (d) erzeugt. Ein typischer bevorzugter Temperaturbereich im.Verbrennungsteil ist 200° C bis 500° C.In part (a) the air temperature is between 0 ° C and 600 ° C and the pressure is in a range from 1 bar to 20 bar. In the following part, part (b), the pilot flame burns fuel up to approx. 5% by weight of the total fuel consumption the machine. The ratio of fuel made usable by the pilot flame during normal operation can range from 0.16 wt% to 66 2/3 wt%. The fuel injection for the pilot flame (b) can control the amount of fuel and is primarily set so that it has a Generated temperature in the particularly preferred range in the combustion part (d). A typical preferred temperature range in the combustion section is 200 ° C to 500 ° C.
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Der Rest des Brennstoffs wird in den gasförmigen Strom in Teil (c) durch eine oder mehrere Einspritzdüse(n) eingespritzt, wobei deren Anzahl und ihre Anordnung von den Betriebsbedingungen der Maschine abhängen.The rest of the fuel is in the gaseous stream injected in part (c) through one or more injection nozzle (s), their number and their arrangement depend on the operating conditions of the machine.
Vorzugsweise ist der Monolith in Teil (d) metallisch und besteht aus einem oder mehreren Metallen, die aus einer Gruppe ausgewählt werden, die Ru, Rh, Pd, Ir und Pt enthält. Es können jedoch auch Grundmetalle verwendet werden oder Grundmetall-Legierungen, die auch eine Komponente aus einem Metall der Platingruppe enthalten.Preferably the monolith in part (d) is metallic and consists of one or more metals selected from a group can be selected containing Ru, Rh, Pd, Ir and Pt. However, base metals can also be used or Base metal alloys that also contain a platinum group metal component.
Die Wände des metallischen Monolithen haben vorzugsweise eine Stärke von 2-4 Tausendstelinch. Die bevorzugten Eigenschaften des metallischen Monolithen mit darauf angeordnetem Katalysator sind (I) daß er einen geringen Widerstand für den Durchlaß der Gase darstellt dadurch, daß er ein hohes Verhältnis von offener zu geschlossener Fläche besitzt, und (II) daß das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen hoch ist.The walls of the metallic monolith preferably have one 2-4 thousandths thick. The preferred properties of the metallic monolith with the catalyst arranged thereon are (I) that it has a low resistance to passage represents gases by having a high open to closed area ratio, and (II) that the surface-to-volume ratio is high.
Ein typischer keramischer Monolith mit 200 Zellen proA typical ceramic monolith with 200 cells each
ο
inch hat Wände mit einer Stärke von 0,008 - 0,011 inch, 71% offene Fläche und 15% Druckabfall. Ein typischer metallischer
Monolith der vorliegenden Erfindung mit 400 Zellen pro inch hat Wände mit einer Stärke von 0,002 inch, 91-92%ο
inch has walls 0.008-0.011 inch thick, 71% open area, and 15% pressure drop. A typical metallic monolith of the present invention having 400 cells per inch has walls 0.002 inch thick, 91-92%
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ORI'GITMAL INSPECTEDORI'GITMAL INSPECTED
offene Fläche und einen Druckabfall von 4%. Ein metalli-open area and a pressure drop of 4%. A metallic
scher Monolith mit 200 Zellen pro inch hat 95% offene Fläche und einen Druckabfall von 4% oder weniger.shear monolith with 200 cells per inch has 95% open Area and a pressure drop of 4% or less.
Geeignete Metalle der Platingruppe für die Herstellung des metallischen Monolithen sind Platin, 10% Rhodium-Platin und durch Dispersion verstärkte Metalle der Platingruppe und Legierungen wie beschrieben in GB-Patentanmeldungen 1280815 und 1340076 und ÜS-Patentanmeldungen 3689987, 3696502 und 3709667.Suitable platinum group metals for the manufacture of the metallic monoliths are platinum, 10% rhodium-platinum and dispersion reinforced platinum group metals and alloys as described in UK patent applications 1280815 and 1340076 and ÜS patent applications 3689987, 3696502 and 3709667.
Grundmetalle, die verwendet werden können, sind solche, die stark oxidierenden Bedingungen widerstehen können. Beispiele solcher Grundmetall-Legierungen sind Nickel- und Chrom-Legierungen, die einen Anteil an Ni plus Cr von mehr als 20 Gew.% enthalten, und Eisenlegierungen, die mindestens eines der Elemente Chrom (3-40 Gew.%), Aluminium (1-10 Gew.%), Kobalt (0-5 Gew.%), Nickel (0-72 Gew.%) und Kohle (0-0,5 Gew.%) enthalten. Solche Substrate sind beschrieben in der DE-OS 24 50 664.Base metals that can be used are those that can withstand strong oxidizing conditions. Examples of such base metal alloys are nickel and Chromium alloys that have a proportion of Ni plus Cr of more contain more than 20% by weight, and iron alloys containing at least one of the elements chromium (3-40% by weight), aluminum (1-10% by weight), Contain cobalt (0-5% by weight), nickel (0-72% by weight) and carbon (0-0.5% by weight). Such substrates are described in DE-OS 24 50 664.
Andere Beispiele vor. Grundmetall-Legierungen, die stark oxidierenden Bedingungen widerstehen können, sind Eisen-Aluminium-Chrom-Legierungen, die auch Yttrium enthalten können. Die letzteren Legierungen können enthalten:Other examples above. Base metal alloys that are strong can withstand oxidizing conditions are iron-aluminum-chromium alloys, which can also contain yttrium. The latter alloys can contain:
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-"Ίο - - "Ίο -
0.5-12 Gew.% Al, 0.1-3.0 Gew.% Y, 0-20 Gew.% Cr und den Rest Fe0 Sie sind beschrieben im US-Patent 3 298 326. Ein weiterer Teil der Fe-Cr-Al-Y Legierungen enthält 0.5-4 Gew.% Al, 0.5-3.0 Gew.% Y, 20.O-95.0 Gew.% Cr und den Rest Fe0 Diese sind beschrieben im US-Patent 3 027 252.0.5-12% by weight Al, 0.1-3.0% by weight Y, 0-20% by weight Cr and the remainder Fe 0. They are described in US Pat. No. 3,298,326. Another part of Fe-Cr-Al-Y Alloys contain 0.5-4 wt.% Al, 0.5-3.0 wt.% Y, 20.O- 95.0 wt.% Cr and the remainder Fe 0 These are described in US Pat. No. 3,027,252.
Grundmetall-Legierungen, die auch ein Metall der Platingruppe als Komponente enthalten, sind brauchbar als katalytisch wirkende metallische Monolithe unter sehr stark oxidierenden Bedingungen«, Solche Legierungen sind beschrieben in DE-OS 25 30 245 und enthalten mindestens 40 Gew.% Ni oder mindestens 40 Gew.% Co, eine Spur von bis zu 30 Gew.% Cr und eine Spur von bis au 15 Gew.% von einem oder mehreren der Metalle Pt, Pd7 Rh, Ir, Os und Ru.Base metal alloys which also contain a metal from the platinum group as a component can be used as catalytically active metallic monoliths under very strongly oxidizing conditions. Such alloys are described in DE-OS 25 30 245 and contain at least 40% by weight Ni or at least 40% % By weight Co, a trace of up to 30% by weight of Cr and a trace of up to 15% by weight of one or more of the metals Pt, Pd 7 Rh, Ir, Os and Ru.
Die Legierungen können auch von einer Spur bis zum angegebenen Prozentsatz jedes, einseinen oder mehrer der folgenden Eler-tente enthalten:The alloys can also be from a trace up to the specified percentage of each, one or more of the following elements contain:
Gew. %Weight%
Co 25Co 25
Ti 6Ti 6
Al 7Al 7
Ψ 20 Ψ 20
Mo 20Mon 20
Hf 2Hf 2
Mn 2Mn 2
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7 ο 5 . 1979 - 11 -7 ο 5. 1979 - 11 -
ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
ErdenTh and rare
Earth
Wo das metallische Substrat entweder im wesentlicheen oder völlig aus Metallen der Platingruppe zusammengesetzt ist, kann dies in der Form von gewebter Draht-Gaze oder Maschengeflecht oder Riffelblech oder Folie sein.Where the metallic substrate is either essentially or Composed entirely of platinum group metals, this can be in the form of woven wire gauze or mesh or checkered plate or foil.
Wo das metallische Substrat im wesentlichen aus Grundmetallen zusammengesetzt ist, ist es vorzugsweise in der Form von Riffelblech oder Folie. Diese Typen von Grundmetallmonolithen sind auch in der DE-OS 24 50 664 beschrieben und sie können im Brenner verwendet werden gemäß der vorliegenden Erfindung. Auf solchen Grundmetallmonolithen kann eine erste Lage aus einer sauerstoffenthaltenden Beschichtung angebracht sein und eine zweite, katalytisch wirkende Lage. Die sauerstoffenthaltende Beschichtung ist gebräuchlicherweise in Oxid,Where the metallic substrate is composed essentially of base metals, it is preferably in the form of corrugated plate or slide. These types of base metal monoliths are also described in DE-OS 24 50 664 and they can can be used in the burner according to the present invention. A first layer can be made on such base metal monoliths an oxygen-containing coating and a second, catalytically active layer. The oxygen-containing Coating is commonly in oxide,
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7.5.1979 - 12 -7.5.1979 - 12 -
ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Titaniumoxid, "Sirconiumoxid, Hafniumoxid, Thoriumoxid, Berylliumoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Strontiumoxid, Bariumoxid, Chromoxid, Boroxid, Scandiumoxid, Yttriumoxid und Oxiden der Lanthaniden besteht.which is selected from the group consisting of aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, "sirconium oxide, hafnium oxide, Thorium oxide, beryllium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, strontium oxide, barium oxide, chromium oxide, boron oxide, scandium oxide, Yttrium oxide and oxides of the lanthanides consists.
Alternativ dazu kann der Sauerstoff in der ersten Lage aus einem Sauerstoff enthaltenden Anion bestehen, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Chromaten, Phosphaten, Silicaten und Nitraten besteht. Die zweite katalytisch wirkende Lage kann z.B. ein Metall enthalten, das aus den Gruppen ausgewählt wird, die aus Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Au, Ag bestehen, einer Legierung, die mindestens eine der besagten Metalle enthält und Legierungen, die mindestens eines der besagten Metalle und ein Grundmetall enthalten. Die erste und zweite Lage kann auf dem Monolithen angeordnet sein oder ihm in anderer Weise zugeordnet sein, wie es in der DE-OS 24 50 664 beschrieben ist.Alternatively, the oxygen in the first layer can consist of an oxygen-containing anion, which consists of a Group is selected that consists of chromates, phosphates, Silicates and nitrates. The second catalytically active layer can contain, for example, a metal selected from the groups selected consisting of Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Au, Ag, an alloy containing at least one of said metals and alloys containing at least one of said metals and a base metal. The first and second layers can be arranged on the monolith or assigned to it in another way, as described in DE-OS 24 50 664 is.
Alternative katalytisch wirkende Monolithen für den Gebrauch in Teil (f) sind die Strukturen wie sie in der GB-Patentanmeldung 51219/76 vom 8. Dezember 1976 definiert sind.Alternative catalytic monoliths for use in part (f) are the structures as described in the UK patent application 51219/76 of December 8, 1976.
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In der GB-Patentanmeldung 51219/76 ist ein Katalysator beschrieben, der ein metallisches Substrat enthält mit einer darauf angebrachten Oberflächenbeschichtung, die aus einer oder mehreren (intermetallischen Verbindung(en) besteht, mit der allgemeinen Formel A, B , wobei Ä eines der Elemente Ru, Rh, 1Pd, Ir und Pt ist und B aus der Gruppe ausgewählt ist, dia aus Al, Sc, Y, den Lanthaniden, Ti, Zr, Hf, V, Nb und Ta besteht und wobei χ und y ganzzahlig sind und r'7erte von 1 oder mehr haben.GB patent application 51219/76 describes a catalyst which contains a metallic substrate with a surface coating applied thereon which consists of one or more (intermetallic compound (s)) having the general formula A, B, where A is one of the elements Ru, Rh, 1 Pd, Ir and Pt and B is selected from the group consisting of Al, Sc, Y, the lanthanides, Ti, Zr, Hf, V, Nb and Ta and where χ and y are integers and r '7ths of 1 or more.
In der GB--Patentanmeldung 51219/76 ist die Oberfläche der intermetallischen Verbindung vorzugsweise in der Form eines dünnen Films ausgebildet, der in der Stärke von 2 bis 15 Mikron reicht.In GB patent application 51219/76 the surface is the intermetallic compound is preferably formed in the form of a thin film ranging in thickness from 2 to 15 Micron is enough.
Viele Verbindungen vom Typ A B^ sind miteinander mischbar und Strukturen, in Vielehen die Oberf lächenbeschichtung auf dem erwähnten metallischen »Substrat angeordnet ist und mehr als eine Verbindung vom Typ A B. enthalten, liegen auch im Anwendungsbereich dieser Erfindung.Many compounds of type A B ^ can be mixed with one another and structures, in many cases the surface coating the mentioned metallic »substrate is arranged and contain more than one compound of type A B., are also in Scope of this invention.
Wenn die intermetallische Verbindung in der Form einer Beschichtung, die nicht mehr als 15 Mikron dick ist, auf derIf the intermetallic compound is in the form of a coating, which is no more than 15 microns thick on the
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Oberfläche des metallischen ,Substrates angeordnet ist, liegt keine übermäßige Spröcigkeit vor und das beschichtete Substrat kann normal behandelt werden.Surface of the metallic, substrate is arranged, there is no excessive brittleness and the coated substrate can be treated normally.
Eine Anzahl von verschiedenen Techniken kann dazu verwendet werden, eine Beschichtung in Form eines dünnen Films von intermetallischer Verbindung auf der Oberfläche des Metalloder metallischen Monolithen herzustellen. Z.B. kann Aluminium auf der Oberfläche einer Rhodium-Platin-Gaze durch ein Aluminiumpackverfahren niedergeschlagen sein. Bei diesem Verfahren wird die Gaze in einem wärmebeständigen Behälter in eine geeignete Chemikalienmischung gepackt, so daß das Aluminium über die Dampfphase auf die Gazeoberfläche übertragen wird. Bei der aluminisierenden Temperatur, typischerweise 800 - 900° C, erscheint eine Wechselwirkung zwischen dem Platin und dem Aluminium, was die gewünschte intermetallische Verbindung ergibt.A number of different techniques can be used to provide a coating in the form of a thin film of intermetallic compound on the surface of the metal or metallic monolith. E.g. aluminum can deposited on the surface of a rhodium-platinum gauze by an aluminum packing process. In this procedure Put the gauze in a heat-resistant container in a suitable chemical mixture so that the aluminum is over the Vapor phase is transferred to the gauze surface. In the At the aluminizing temperature, typically 800-900 ° C, an interaction appears between the platinum and the Aluminum, which gives the desired intermetallic compound.
Alternativ kann der chemische Dampfniederschlag von ZrCl. dazu verwendet werden, um eine Schicht von Pt3Zr zu bilden oder ein galvanischer Niederschlag entweder aus wässriger oder Salzschmelzelektrolyse kann verwendet werden, um die erwünschte Verbindung zu ergeben.Alternatively, the chemical vapor deposition of ZrCl. can be used to form a layer of Pt 3 Zr or electrodeposition from either aqueous or molten salt electrolysis can be used to give the desired compound.
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Welche Methode auch immer angewendet wird, ist es die Absicht, eine Schicht einer fest haftenden, intermetallischen Verbindung auf den Drähten des Gazepacks oder einem anderen Substrat zu bilden.Whatever method is used, the intention is a layer of firmly adhering intermetallic compound on the wires of the gauze pack or other To form substrate.
Bei einer anderen Technik werden die Metalle, die die intermetallische Verbindung bilden, als eine geeignete Lösung in Wasser oder einem organischen Lösungsmittel vorbereitet. Die Verbindung soll sich auf dem metallischen Substrat oder der Gaze durch das Hinzufügen eines reduzierenden Agens niederschlagen. Das metallische Substrat wird in Lösung gehalten während die Ausfällung stattfindet und mit einer gleichförmigen, mikrokristallinen Schicht der intermetallischen Verbindung umgeben.Another technique uses the metals that make the intermetallic Form compound, prepared as a suitable solution in water or an organic solvent. the Compound is said to be deposited on the metallic substrate or the gauze by adding a reducing agent. The metallic substrate is kept in solution while the precipitation takes place and with a uniform, microcrystalline layer of the intermetallic compound surrounded.
Der Katalysator ist vorzugsweise ein Metall, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Ru, Rd, Pd, Ir, Pt und Legierungen der erwähnten Metalle untereinander und einem oder mehreren Grundmetallen besteht, so daß mindestens 1p Gew.% des erwähnten Katalysators PGM ist. Abhängig von dem Monolithen und dem gewählten Katalysator kann eine intermediäre aufgeschlämmte Beschichtung angewendet werden, die ein hochschmelzendes Metalloxid mit großer Oberfläche enthält.The catalyst is preferably a metal selected from the group consisting of Ru, Rd, Pd, Ir, Pt and alloys of the metals mentioned with one another and one or more base metals, so that at least 1p wt.% of the mentioned catalyst is PGM. Depending on the monolith and the catalyst chosen may be an intermediate slurry Coating can be applied that contains a high-melting metal oxide with a large surface area.
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Eine Eankine-Maschine in Übereinstimmung mit der Erfindung wird nun an Hand eines Beispieles beschrieben mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung, die die Maschine in einer schematischen Darstellung zeigt. Bezogen auf die Zeichnung sind die Teile der Rankine-Kreisprozeßmaschine, die Dampf als Arbeitsflüssigkeit benutzt, ein Heizkessel 5, ein Expander 1, ein Kondensator 2 und eine Speisepumpe 3. Die Arbeitsflüssigkeit kann Luft, Masser, organische Flüssigkeit oder ein flüssiges Metall sein. Wasser ist die am häufigsten verwendete Arbeitsflüssigkeit, weil es leicht erhältlich und billig ist; aber es gibt eine Reihe von Nachteilen, die überwunden werden können, wenn eine organische Flüssigkeit oder ein flüssiges Tletall verwendet wird. Toluol und Hexafluorbenzol sind anerkannte Arbeitsflüssigkeiten. Die IATahl der Flüssigkeit wird von Faktoren abhängen, wie Größe der "Taschine und Kosten. Abänderungen nüssen an der Maschine gemacht werden, wenn entweder ein flüssiges Metall oder eine organische Flüssigkeit verwendet werden. ?7enn eine Turbine als Expander benutzt wird, können die Turbine, der Generator und die Speisepumpe auf derselben Welle angeordnet sein.An eankine machine in accordance with the invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawing which shows the machine in a schematic representation. Referring to the drawing the parts of the Rankine cycle engine, the steam is used as a working fluid, a boiler 5, an expander 1, a capacitor 2 and a feed pump 3. The working fluid may be air M ater, organic liquid or a liquid metal. Water is the most common working fluid because it is readily available and cheap; but there are a number of disadvantages that can be overcome when an organic liquid or a liquid T is used letall. Toluene and hexafluorobenzene are recognized working fluids. The I AT ahl the liquid will depend on factors such as size of the "Taschine and cost. Modifications nuts are made to the machine if either a liquid metal or an organic liquid can be used.? 7enn a turbine is used as an expander, can The turbine, the generator and the feed pump can be arranged on the same shaft.
Wenn eine organische Flüssigkeit verwendet wird, ist ein Regenerator eingeschlossen, um die T'7anne von de*: Heizdampf kühlungIf an organic liquid is used, a regenerator is included to keep the T '7anne from cooling
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zur Heizkesselwärmeversorgung zu übertragen.to be transferred to the boiler heat supply.
Die Arbeitsweise des Heizkesselaggregatbrenners ist wie folgt: Ein Gebläse 20, oder ein ähnlicher Apparat wie ein Kompressor sorgt für die Zuführung von Luft, die durch eine Zündflamme 22, erhitzt wird. Die KraftstoffVersorgung für die Zündflamme wird für eine optimale Lufttemperatur über den Katalysator, der durch den Monolithen gestützt wird, eingestellt. Der Rest des Kraftstoffs wird in den Heißluftstrom vor dem Monolithen 26 gespritzt. Katalytische Verbrennung des Kraftstoffes findet statt. Die heißen, ausgestoßenen Gase werden verwendet, um die Ärbeitsflüssigkeit der Rankine-Kreisprozeßmaschine zu erhitzen.The boiler set burner operates as follows: A blower 20, or a similar device such as a compressor provides for the supply of air, which is heated by a pilot flame 22. The fuel supply for the pilot flame is for an optimal air temperature over the catalyst, which is supported by the monolith, set. The remainder of the fuel is injected into the hot air stream in front of the monolith 26. Catalytic combustion of the fuel takes place. The hot, exhausted gases are used to make the working fluid of the Rankine cycle machine to heat.
Das Kraftstoffsystem und die Luftversorgung können durch jedes konventionelle Mittel betrieben werden, das am besten für die Umgebung geeignet ist, in der die Maschine betrieben wird. Wenn z.B. die Erfindung in Bergwerker|verwendet würde, würden elektrisch betriebene Motoren verwendet, die feuersicher nach dem Prinzip von BUXTON sind.The fuel system and air supply can go through each conventional means best suited to the environment in which the machine is operated. if E.g. the invention would be used in miners | would be electric operated motors are used, which are fire-proof according to the principle of BUXTON.
Das Expanderaggregat kann eine Verdrängungsmaschine oder eine Turbine sein. Die Wahl wird von dem Anwendungsgebiet bestimmt sein, in dem die Rankine-Kreisprozßmaschine verwendet wird.The expander unit can be a positive displacement machine or a turbine. The choice is determined by the area of application using the Rankine cycle machine.
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Bei einer Rankine-Kreisprozeßmaschine gemäß der Erfindung wurde der Katalysator gestützt auf einen Monolithen aus einer Fe-Cr-Al-Y-Legierung, wie kurz zuvor in der Spezifikation beschrieben. Der Monolith hatte eine Zelldichte von 400 ZellenIn a Rankine cycle machine according to the invention the catalyst based on a monolith made of an Fe-Cr-Al-Y alloy, as mentioned shortly before in the specification described. The monolith had a cell density of 400 cells
pro inch , einen Durchmesser von drei inches und eine Länge von drei inches. Der verwendete Katalysator war Platin mit einem Gewicht von 150g pro Kubikfuß, und vor der Auftragung des Katalysators wurde auf den Monolith eine Schicht aufgeschlämmt, die Aluminium und Barium enthält.per inch, three inches in diameter and three inches in length. The catalyst used was platinum with weighing 150g per cubic foot, and before application of the catalyst, a layer containing aluminum and barium was slurried onto the monolith.
Die Maschine wurde mit zugeführter Luft im Ausmaß von 42 Kubikfuß pro Sekunde versorgt, die durch die Zündflamme 22 auf eine Temperatur von 38° C erhitzt wurde. Der Rest an Brennstoff wurde in den Gasstrom in einer Anordnung stromaufwärts des Katalysators gespritzt. Die ausgestoßenen Gase, die den Katalysator verließen, hatten eine Temperatur von 625 C und der Draht führte auf den Heizkessel, wo der Dampf erzeugt wurde. Die ausgestoßenen Gase, die den Heizkessel verließen, hatten eine Temperatur von 80 C, und ein Teil des Dampfes wurde verwendet, um eine doppelt wirkende Kolben-Dampfmaschine mit 3BHP (britische PS) zu betreiben.The machine was supplied with admitted air at a rate of 42 cubic feet per second generated by pilot flame 22 heated to a temperature of 38 ° C. The remainder of the fuel was in the gas stream in an upstream arrangement of the catalytic converter. The exhaust gases leaving the catalyst were at a temperature of 625 C and the wire led to the boiler, where the steam was generated. The gases emitted that left the boiler had a temperature of 80 C, and part of the steam was used to make a double acting piston steam engine to operate with 3BHP (British PS).
Bei der Verwendung eines gasförmigen Brennstoffs aus Kohlenmonoxid und Kohlendioxid und Stickstoff und einem BTU-f1aß (BritishWhen using a gaseous fuel from carbon monoxide and carbon dioxide and nitrogen and a BTU f 1ass (British
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thermal unit) von 80 3TU pro Kubikfuß, wird der in dem ausgestoßenen Gas vorhandene Verschmutzungsgrad als niedrig für eine stetige Verbrennungslaufzeit von 380 Stunden angegeben und eine Katalysator-Zündtemperatur von 2CO ° C.thermal unit) of 80 3TU per cubic foot, the pollution level present in the emitted gas is considered to be low specified for a steady incineration time of 380 hours and a catalyst ignition temperature of 2CO ° C.
Kohlenmonoxid - 11 ppm. Kohlenwasserstoffe - 18 ppm.Carbon monoxide - 11 ppm. Hydrocarbons - 18 ppm.
- 0 ppm.- 0 ppm.
Bei der Verwendung von Butan in Stickstoff als Brennstoff . und unter den gleichen Bedingungen wie oben, aber mit einer stetigen Verbrennungslaufzeit von 600 Stunden, waren die in dem ausgestoßenen Gas vorhandenen Verschmutzungen:When using butane in nitrogen as fuel. and under the same conditions as above, but with one steady incineration time of 600 hours, were the in the pollutants present in the emitted gas:
Kohlenmonoxid - 7 ppm. Kohlenwasserstoffe - 16 ppm. MOX - 0 ppm.Carbon monoxide - 7 ppm. Hydrocarbons - 16 ppm. MOX - 0 ppm.
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